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基于扫频光学相干层析技术的双折射率检测装置及其方法制造方法及图纸

技术编号:11247430 阅读:106 留言:0更新日期:2015-04-01 20:20
本发明专利技术公开了一种基于扫频光学相干层析技术的双折射率检测装置及其方法。包括扫频激光器、光调制器、掺铒光纤放大器、耦合器、第一光纤、第二光纤、偏振复用合波器,半导体光放大器、环路器、偏振控制器、光探测器、微波信号滤波器、微波信号放大器、微波信号分路器、示波器和汇聚透镜。本发明专利技术着眼于新型光电子技术,尤其是微波光子学的发展与创新对光学相干层析的结构设计改变,提出一种基于双环光电振荡器的扫频偏振光学相干层析双折射率检测技术,实现了对生物组织的双折射率变化的检测转变为对微波信号频率的测量。同时本发明专利技术使用了半导体光放大器,利用其双折射效应来补偿光电混合环形结构谐振腔长度变化,实现了应力、温度可校准的检测。

【技术实现步骤摘要】
基于扫频光学相干层析技术的双折射率检测装置及其方法
本专利技术涉及的是一种基于扫频偏振光学相干层析技术的双折射率检测装置及检测方法。
技术介绍
随着人们对于生活质量要求的不断提高,在医疗检测中对无损伤、安全无害的检测方式的需求也就越来越强烈,一些传统医学影像方法在成像时需要添加专门的显影剂等帮助成像的物质或者借助X射线等辐射源,这些外界因素的加入或多或少会对人体造成伤害。而OCT(偏振光学相干层析,opticalcoherencetomography,文中简称OCT)技术利用光作为成像手段,通过干涉的方法获取生物组织背向散射光,对组织成像并获得组织内部信息,如双折射信息、组织的光谱信息、血液多普勒信息等;只需借助光这个媒介,无需添加任何外加的显影剂,不需要进行生理切片等创伤手段进行探测,属无损检测,因而较其它影像技术更为安全,被称为“光学活检”。目前,OCT已发展出四个分支,包括:时域OCT、傅里叶域OCT、平行光束OCT和功能OCT。时域OCT,时域OCT是OCT家族中发展最早的形式,OCT的其它分支都是由其演变而成的;傅里叶域OCT:傅里叶域OCT在时域OCT的基础上取消了纵向扫描,而在光接收端,使用光谱仪代替光电探测器;在傅里叶域OCT中,干涉图是以光学频率函数的形式进行探测的。通过参考臂中一个固定的光学延迟,样品中不同深度反射回的光会产生与不同频率分量产生干涉图样。再通过傅里叶变换就可以解出不同深度的反射情况,这样一来就可以产生样品的一个深度分布(A-扫描)。根据光源和探测类型的不同,傅里叶域OCT可以分为:谱域OCT和扫频OCT。平行光束OCT,与其它OCT不同,照在平行光束OCT干涉仪两臂的不是光点而是平行光束;相应地在光接收端使用了一组而不是一个光电探测器,这使得它可以取消横向扫描,只利用纵向扫描形成二维图像,缩短了成像时间;功能OCT:功能OCT不仅可以采集普通OCT所关注的组织反射率信息,形成灰度图像,对其它由于病变引起的组织特性变化也十分敏感,对这些附加信息的提取能够为医学诊断提供更多的依据,提高诊断效率。按照所提取的组织特性不同,功能OCT可分为多普勒OCT和偏振OCT。本专利技术所提出基于扫频偏振光学相干层析技术的双折射率检测方法及装置,核心技术是采用微波光子学领域的新型光电振荡方式产生微波信号的方法,将对生物组织的双折射率变化的检测转变为对微波信号频率的测量,其检测方法及装置结构不同于目前OCT检测方法。1982年,Neyer和Voges首次提出了利用输出端的光信号反馈控制电光调制器的这种环形结构来实现振荡器的光电振荡器原理和结构。1994年,美国喷气动力实验室的X.Steve.Yao和LuteMaleki等人提出并演示了第一个光电振荡器结构,产生了高质量的微波信号。2000年,Yao和Maleki提出通过增加光纤环路(长光纤和短光纤)形成一个光滤波器的双环路光电振荡器结构来降低相位噪声。本专利技术所提出的检测方法及装置采用偏振复用型双环光电振荡器方案,利用其产生的低相位噪声、稳定、频谱干净的微波信号,把被测生物组织作为谐振腔的一部分加入到光纤反馈回路中形成振荡,将对生物组织的双折射率变化的检测转变为对微波信号频率的测量,利用基频的N次谐波进行测量。偏振OCT可以得到普通OCT所忽略的组织双折射信息,健康的生物组织具有规律的双折射分布,而病变的生物组织,其双折射分布遭到破坏,甚至完全丧失双折射性质。在本专利技术实施例装置中被测生物组织的双折射率变化越显著,输出微波的频率间隔越小,而利用振荡基频的N次谐波测量,比传统偏振OCT检测方法测量范围更广,测量精度更高,这使其在医学领域有着很好的应用前景。本专利技术所提出基于扫频偏振光学相干层析技术的双折射率检测方法及装置,考虑到了在实际测量过程中,光电振荡器中光纤的传输特性参数容易受到环境因素的干扰而发生变化的现象。从传输损耗、带宽以及抗电磁干扰特性方面看,光纤是传送微波信号的理想介质,然而环境温度、压力以及弯曲均会导致光纤折射率变化,积累的传输延迟变化将直接导致微波信号的相位噪声和相位漂移。实验研究表明,光纤折射率随温度的变化率约为40ps/(km×℃),对于长度为100m的光纤,温度变化1℃相应的延迟约为4ps。压力对光纤传输相位的影响更为明显,实验研究表明,光纤折射率随压强的变化率约为70ps/(km×MPa),对于长度为100m的光纤,压强变化1MPa相应的延迟约为7ps。考虑到短时间内环境参数不会发生突变,因此相位延迟漂移影响着测量结果长期稳定性及重复性,其引起的误差大小随着测量时间增长、应力、温度变化的增大而增大。因此如何针对偏振OCT方案中电路及光路的特点,设计相应的相位漂移补偿及抑制技术,从而进一步提高偏振OCT技术的检测精度是目前在OCT应用中亟需解决的问题。
技术实现思路
技术问题:本专利技术所要解决的技术问题是:提供一种基于扫频偏振光学相干层析技术的双折射率检测装置,可对应力和温度进行校准,降低应力和温度变化对检测精度带来的影响;同时还提供该检测装置的检测方法,将对生物组织的双折射率变化的检测转变为对微波信号频率进行测量。技术方案:为解决上述技术问题,本专利技术采用的技术方案是:一种基于扫频偏振光学相干层析双折射率的检测装置,该检测装置包括扫频激光器、光调制器、掺铒光纤放大器、耦合器、第一光纤、第二光纤、偏振复用合波器,半导体光放大器、环路器、偏振控制器、光探测器、微波信号滤波器、微波信号放大器、微波信号分路器、示波器和汇聚透镜;扫频激光器的输出端与光调制器的输入端连接,光调制器的输出端与掺铒光纤放大器的输入端连接,掺铒光纤放大器的输出端与耦合器的输入端连接,耦合器的输出端分别通过第一光纤和第二光纤与偏振复用合波器的输入端连接,进一步,所述的第一光纤和第二光纤的长度不相等。偏振复用合波器的输出端与半导体光放大器的输入端连接,半导体光放大器的输出端与环路器的第一端口连接,环路器的第二端口通过透镜将光聚焦到生物样品上,并且通过透镜将反射光送回环路器的第二端口,环路器的第三端口与偏振控制器的输入端连接,偏振控制器的输出端与光探测器的输入端连接,光探测器的输出端与微波信号滤波器的输入端连接,微波信号滤波器的输出端与微波信号放大器的输入端连接,微波信号放大器的输出端与分路器的输入端连接,分路器的第一输出端口与示波器的输入端连接,分路器的第二输出端口与光调制器的微波调制端连接。一种上述的基于扫频偏振光学相干层析技术的双折射率检测方法,该检测方法包括以下过程:利用扫频激光器发出连续的光波,光波经光调制器调制和掺铒光纤放大器放大后,通过耦合器耦合进入第一光纤和第二光纤中,偏振复用合波器将第一光纤和第二光纤输出的调制光信号分成偏振态相互正交的两束信号,两束信号分别对准半导体光放大器的横电模和横磁模,通过控制半导体光放大器的偏置电流,获得补偿后的垂直偏振光调制信号,利用环路器将补偿后的垂直偏振光调制信号穿过透镜射向生物组织样品,然后该垂直偏振光调制信号由生物组织样品反射,形成携带生物组织信息的反射光,反射光穿过透镜,返回环路器中,由环路器的第三端口传至偏振控制器中,偏振控制器控制反射光的传输偏振态,经光探测器输出微波信号,微波信号经微波信号滤波器滤波本文档来自技高网
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基于扫频光学相干层析技术的双折射率检测装置及其方法

【技术保护点】
一种基于扫频偏振光学相干层析技术的双折射率检测装置,其特征在于,该装置包括扫频激光器(1)、光调制器(2)、掺铒光纤放大器(3)、耦合器(4)、第一光纤(5)、第二光纤(6)、偏振复用合波器(7),半导体光放大器(8)、环路器(9)、偏振控制器(10)、光探测器(11)、微波信号滤波器(12)、微波信号放大器(13)、微波信号分路器(14)、示波器(15)和汇聚透镜(16);扫频激光器(1)的输出端与光调制器(2)的输入端连接,光调制器(2)的输出端与掺铒光纤放大器(3)的输入端连接,掺铒光纤放大器(3)的输出端与耦合器(4)的输入端连接,耦合器(4)的输出端分别通过第一光纤(5)和第二光纤(6)与偏振复用合波器(7)的输入端连接,偏振复用合波器(7)的输出端与半导体光放大器(8)的输入端连接,半导体光放大器(8)的输出端与环路器(9)的第一端口(901)连接,环路器(9)的第二端口(902)通过汇聚透镜(16)将光聚焦到生物样品上,并且通过汇聚透镜(16)将反射光送回环路器(9)的第二端口(902),环路器(9)的第三端口(903)与偏振控制器(10)的输入端连接,偏振控制器(10)的输出端与光探测器(11)的输入端连接,光探测器(11)的输出端与微波信号滤波器(12)的输入端连接,微波信号滤波器(12)的输出端与微波信号放大器(13)的输入端连接,微波信号放大器(13)的输出端与微波信号分路器(14)的输入端连接,微波信号分路器(14)的第一输出端口(1401)与示波器(15)的输入端连接,微波信号分路器(14)的第二输出端口(1402)与光调制器(2)的微波调制端连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于扫频偏振光学相干层析技术的双折射率检测装置,其特征在于,该装置包括扫频激光器(1)、光调制器(2)、掺铒光纤放大器(3)、耦合器(4)、第一光纤(5)、第二光纤(6)、偏振复用合波器(7),半导体光放大器(8)、环路器(9)、偏振控制器(10)、光探测器(11)、微波信号滤波器(12)、微波信号放大器(13)、微波信号分路器(14)、示波器(15)和汇聚透镜(16);扫频激光器(1)的输出端与光调制器(2)的输入端连接,光调制器(2)的输出端与掺铒光纤放大器(3)的输入端连接,掺铒光纤放大器(3)的输出端与耦合器(4)的输入端连接,耦合器(4)的输出端分别通过第一光纤(5)和第二光纤(6)与偏振复用合波器(7)的输入端连接,偏振复用合波器(7)的输出端与半导体光放大器(8)的输入端连接,半导体光放大器(8)的输出端与环路器(9)的第一端口(901)连接,环路器(9)的第二端口(902)通过汇聚透镜(16)将光聚焦到生物样品上,并且通过汇聚透镜(16)将反射光送回环路器(9)的第二端口(902),环路器(9)的第三端口(903)与偏振控制器(10)的输入端连接,偏振控制器(10)的输出端与光探测器(11)的输入端连接,光探测器(11)的输出端与微波信号滤波器(12)的输入端连接,微波信号滤波器(12)的输出端与微波信号放大器(13)的输入端连接,微波信号放大器(13)的输出端与微波信号分路器(14)的输入端连接,微波信号分路器(14)的第一输出端口(1401)与示波器(15)的输入端连接,微波信号分路器(14)的第二输出端口(1402)与光调制器(2)的微波调制端连接。2.按照权利要求1所述的基于扫频偏振光学相干层析技术的双折射率检测装置,其特征在于,所述的第一光纤(5)的长度和第二光纤(6)的长度不相等。3.一种利用权利要求1所述的基于扫频偏振光学相干层析技术的双折射率检测装置的检测方法,其特征在于,该检测方法包括以下过程:利用扫频激光器(1)发出连续的光波,光波经光调...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈翰胡才雨孙小菡
申请(专利权)人:东南大学
类型:发明
国别省市:江苏;32

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